本发明涉及一种土壤修复方法。
背景技术：
随着世界工业的迅速发展,地球上许多地区的土壤都不同程度地受到重金属污染,而且污染面积有不断扩大的趋势,全世界每年排放hg1.5万吨,cu40万吨,pb500万吨,mn1500万吨,ni100万吨，cd3.9万吨。据2015年中国环境公报,我国遭受重金属污染的土地面积约16.23亿亩，其中受cd等重金属污染的耕地面积近2.0×107公顷。与其他污染物不同,污染土壤中的重金属不易被水淋滤,也不能被生物降解,但却能为植物吸收,并通过食物链危害人类的生命和健康。
当前，世界各国都很重视对重金属污染修复方法研究，并开展广泛的研究工作。修复土壤重金属污染的途径主要有两种，一是改变重金属在土壤中的存在形态、使其固定，降低其在环境中的迁移性和生物可利用性，因为重金属总量不能完全反映其对环境的危害程度，所以重金属存在形态不同，其迁移性、毒性和生物有效性相差很大；二是从土壤中去除重金属。围绕这两种修复途径，已相应地提出各自的物理、化学和生物修复技术，主要包括以下方法：
客土，在污染的土壤上加入未污染的新土；换土，将已污染的土壤移去，换上未污染的新土；翻土，将污染的表土翻至下层；去表土，将污染的表土移去等。1975年，日本修复被镉污染的土壤，使用了置换土壤，把镉土埋到25厘米深的地下。但是40年过去了，受害者仍然生活在不安中，日本社会也为此付出了巨大的经济代价，而土地污染的阴影仍未消除。
淋洗法，就是用淋洗液或加入含有能提高重金属水溶性的某种化学物质的水把污染物冲至根外层，再用含有一定配位体的化合物或阴离子与重金属形成较稳定的络合物或生成沉淀，以防止污染地下水。淋洗法对于烃、硝酸盐及重金属的重度污染效果较好，适合于轻质土壤，但投资较大，易造成地下水污染及土壤养分流失，土壤变性。
热处理法是将污染土壤加热，使土壤中的挥发性污染物（hg）挥发并收集起来进行回收或处理，此方法仅适用于挥发性重金属，对镉的去除有限。
电解法是使土壤中重金属在电解、电迁移、电渗和电泳等的作用下在阳极或阴极被移走，但修复效果与土壤ph、缓冲性能、土壤组分及污染金属种类相关性大。
总体来说，此类方法具有效果彻底、稳定等优点，但实施复杂、需花费大量的人力与财力，对换出的土壤存在渗漏以及二次污染的可能，同时恢复土壤结构和肥力所需时间较长，且受自然条件限制较大，会减少农作物的产量，降低经济效益。
化学修复就是向污染土壤投入改良剂、抑制剂，增加土壤有机质、阳离子代换量和粘粒的含量，改变ph、eh和电导等理化性质，使土壤重金属发生氧化、还原、沉淀、吸附、抑制和拮抗等作用，以降低重金属的生物有效性。化学修复主要有沉淀法、有机质法、吸附法等。常用的改良剂有:石灰、沸石、碳酸钙、磷酸盐、硅酸盐和促进还原作用的有机物质。施用石灰、矿渣等碱性物质，或钙镁磷肥等碱性肥料，可减少植物对重金属的吸收，cd的活性通常受土壤酸碱性的影响很大，通过对cd污染的土壤施用石灰750kg/hm2，可使土壤中重金属有效态含量降低15%左右，从而有效地抑制作物对cd的吸收，cd和zn通常是伴生的，具有相似的化学性质和地球化学行为，因而zn具有拮抗cd被植物吸收的特性。通过向cd污染土壤中加入适量zn，调节cd/zn比，可以抑制植物对cd的吸收，可减少cd在植物体内的富集。另外，某些抑制剂的加入也可以降低水稻对镉的富集。陈涛等在镉污染土壤中喷撒二硝基酚镉抑制剂，结合淹水，米镉由1.10mg/kg降到0.40mg/kg，降低了64%，化学修复的效果比较理想而且费用不大，但稳定性不强，存在重金属再度活化的问题。根据土壤中重金属的特点，它易与一些配位化合物反应形成稳定的络合物，易与一些酸根离子反应形成沉淀。在已被污染的土壤中加入一些络合物或酸根离子，使土壤的ph值发生改变，以便使土壤中的重金属稳定下来，再进行清水淋洗。此类方法不适合大面积的污染地块。
生物修复法是利用某些特殊的植物、微生物和动物，通过新陈代谢作用，吸收去除土壤中的重金属，或使重金属形态转化即根据tessier五步连续提取法，土壤或沉积物中的重金属元素结合形态可分为可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化态、有机物和硫化物结合态和残渣态。在五种不同存在形式中，可交换态和碳酸盐结合态对环境有较大危害性。铁锰氧化态和有机结合态对环境具有潜在危害性，在外部条件发生改变时，也会被释放出来。残渣态为非有效态。主要有动物修复、微生物修复、植物修复等技术。动物修复主要利用土壤中的某些低等动物蚯蚓、鼠类等吸收土壤中的重金属；微生物修复是利用土壤中的某些微生物的新陈代谢作用，生成各种代谢物如蛋白、酶、多糖、核酸及一些生物小分子，改变土壤的ph、电极电位等理化性质，使土壤重金属发生氧化、还原、沉淀和吸附等作用，在降低土壤中重金属的毒性同时，降低重金属的生物有效性，从而净化土壤。
植物修复是利用某些植物能忍耐和超量积累某种重金属的特性来清除土壤中的重金属。中国科学院地理所的陈同斌研究员2009年发现了能超富积砷的植物—蜈蚣草，然而却并未得到大面积的农田应用，究其原因包括：该项技术相对治理周期较长，需要数年时间，在这期间农民不能种田，这样农民要承受修复及农作物的经济损失，这是他们无法接受的，因此该项技术虽然被推崇为最具市场潜力的绿色环保技术，但是却无法得到大面积的应用。
生物修复技术实施简单，投资较少，但治理过程较长。用此类方法在去除污染物的选择上应根据实际污染的情况而定，由于食物链的作用，这些方法的选取时应尽量避开食用类，以免危害人体健康。
虽然重金属，特别是镉的土壤修复方法众多，但绝大部分方法尚处在实验室批实验和模拟试验阶段，已达到现场应用程度的成熟方法很少。采用客土、淋洗法、热处理法、电解法、化学修复法，均存在修复成本高效果差的特点。现有技术中，有采用生物法进行修复的方案，例如，相关研究发现，鼠类蚯蚓可以吸收部分重金属，而采用种植植物的方法也可以吸收部分重金属，但是现有技术中还没有一种治理效率高，治理费用较低和现场可操作性强的土壤修复方法。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种土壤修复方法，所述修复方法包括以下步骤：
土壤翻耕灌溉步骤：将修复土壤翻耕、灌溉浸泡，同时四周笼高；
引水整地步骤：引水整地并保持水面深度不低于3cm；
缺氧或无氧修复步骤：均匀施加一定量的铁盐和/或亚铁盐、细菌载体粉末、混合细菌溶液后，保持修复土壤的水量充足，并将遮盖物密封覆盖于水面上方，使得修复土壤处于缺氧或无氧状态至少1个月，得到修复的土壤。
作为一种优选的技术方案，所述混合菌种溶液包括厌氧菌和兼性菌
作为一种优选的技术方案，所述混合菌种溶液中菌体浓度为0.1-50×108cells/ml。
作为一种优选的技术方案，所述厌氧菌和兼性菌的数量比为1：0.1-10。
作为一种优选的技术方案，所述厌氧和兼性混合菌的用量为10-100kg/亩。
作为一种优选的技术方案，所述铁盐和/或亚铁盐的用量为0.1-10kg/亩。
作为一种优选的技术方案，所述细菌载体粉末选自秸秆粉、细麻粉、生物质碳粉、活性炭粉末中的一种或几种。
作为一种优选的技术方案，所述细菌载体粉末的用量为0.1-60kg/亩。
作为一种优选的技术方案，所述待修复土壤处于缺氧或无氧状态至少1个月
作为一种优选的技术方案，所述土壤修复方法还包括植物种植步骤，在无氧或缺氧修复步骤之后，在已修复的土壤种植植物，进一步净化土壤。
作为一种优选的技术方案，所述植物选自印度芥菜、伴矿景天、蜈蚣草、水葱、香蒲、菖蒲、芦苇、油菜、野生苋、月季中的一种或几种。
本发明通过一系列物理化学方法，营造适于厌氧菌和兼性菌的生长的环境，利用具有良好的互生、共生关系的厌氧菌和兼性菌混合菌种（至少含一种菌或两种以上菌）对重金属具有吸收、沉淀、氧化和还原等作用，在改变待修复土壤中的重金属元素的存在形态和降低土壤中重金属的毒性同时，降低重金属的生物有效性，从而净化重金属污染的土壤。
参考以下详细说明更易于理解本申请的上述以及其他特征、方面和优点。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。
一种绿色生态土壤修复方法，所述修复方法包括以下步骤：
土壤翻耕灌溉步骤：将待修复土壤翻耕、灌溉浸泡并四周笼高；
引水整地步骤：引水整地并保持水面深度不低于3cm；
缺氧或无氧修复步骤：均匀施加一定量的铁盐和/或亚铁盐、细菌载体粉末、混合菌种溶液后，保持修复土壤的水量充足，并将遮盖物密封覆盖于水面上方，使得修复土壤处于缺氧和无氧状态至少1个月，得到修复的土壤；
作为一种优选的实施方式，所述缺氧或无氧修复步骤中的缺氧或无氧状态时间为1-10个月。
作为一种优选的实施方式，所述混合菌种溶液包括厌氧菌和兼性菌，例如，厌氧菌可以选择酪酸梭菌（clostridiumbutyricumstrainb1），兼性菌可以选择植生拉乌尔菌（raoultellaplanticola）、诺瓦利斯芽孢杆菌菌株（bacillusnovalisstrainsctb116）、巨大芽孢杆菌（bacillusmegaterium）。
作为一种优选的实施方式，所述厌氧菌和兼性菌的数量比为1：0.1-10，例如，在本发明的实施例中，数量比为1：0.2，1：0.5，1：1，1：5，1：9等，均可以实现土壤修复。
作为一种优选的实施方式，所述铁盐和/或亚铁盐的用量为0.1-10kg/亩。所述细菌载体粉末选自秸秆粉、细麻粉、生物质碳粉、活性炭粉末中的一种或几种所述细菌载体粉末的用量为0.1-15kg/亩。
作为一种优选的实施方式，所述土壤修复方法还包括植物种植步骤，在缺氧或无氧修复步骤之后，在已修复的土壤种植植物，所述植物选自印度芥菜、伴矿景天、蜈蚣草、水葱、香蒲、菖蒲、芦苇、油菜、野生苋、月季中的一种或几种。
本发明下述实施例的混合菌种是通过从重金属污染农田的土壤中获取，优选从待修复土壤附近中获取，具体的获取方法包括以下步骤：
1、采集与富集天然菌株
从土壤中采取液样和固样，放入装有30ml已灭菌的生理盐水的锥形瓶中，放摇床振荡30min，连续稀释至10-6倍，然后用移液枪吸取1ml所需浓度的菌悬液，注入富集培养基内并置于35℃电子恒温培养箱中，培养2-4天。用肉眼观察培养基内是否有菌生长。
2、菌的驯化
取富集样品1ml，接种于驯化培养基中，在35℃、200r/min的摇床上培养72h，再取培养液1ml进行传代驯化。每72h接种传代1次。经过若干代无氧驯化后，选择生长代谢旺盛、菌丝球丰富、分布均匀者供平板分离初筛。
3、初筛方法
蘸取驯化菌液于分离平板上划线，35℃培养48h-72h，观察菌体生长情况，挑选生长优良的单菌落接种于斜面试管中。
4、菌种的纯化
菌种的纯化实验采用改良的brewer皿厌氧琼脂平板进行操作。复筛培养液中取10ml菌液，放入事先充满氮气并带有数粒玻璃珠的无氧灭菌的培养瓶中，在振荡器中振荡1小时后将污泥中菌胶团彻底打碎，然后用充满氮气的脱氧无菌水或脱氧无菌生理盐水进行10倍为基准的梯度稀释，将梯度稀释后的菌液分别接种于固体培养基之中制成滚管，培养3天。挑取单菌落转接入液体培养基中。重复以上操作若干次，直至管内菌落和显微镜下的细胞形态一致认为是纯菌株，再进一步用电镜确认。将分离纯化的发酵细菌转接于液体培养基中，35℃、200r/min振荡培养3天。
实施例中的包括混合菌种溶液，包括酪酸梭菌（clostridiumbutyricumstrainb1）和兼性菌植生拉乌尔菌（raoultellaplanticola）。
本发明通过采用一系列物理、化学的方法，营造有利于厌氧菌和兼性菌的生长的环境，在改变待修复土壤中的重金属的形态和降低重金属的毒性的同时，减少重金属的迁移性和生物有效性，净化重金属污染的土壤。
实施例1
土壤翻耕灌溉：将某地块1待修复土壤翻耕平整，采用梅花５点取样后，再将土壤灌溉浸泡2天时间；
引水整地：水整地并保持水面深度不低于3cm；
缺氧或无氧修复：均匀施加铁盐或亚铁盐0.78公斤/亩、细菌载体红麻粉末6公斤/亩，投加混合菌种溶液42公斤/亩后，保持修复土壤的水量充足，并将遮盖物密封覆盖于水面上方，使得修复土壤一直处于缺氧或无氧状态6个月时间，期间补充适当的水，以保持水面深度不低于3cm，从而使土壤中各种重金属元素的形态发生变化，改变重金属在土壤中的存在形式，降低重金属的毒性，得到修复的土壤；所述混合菌种溶液中菌体浓度为1.0×108cells/ml。所述混合菌种溶液包括厌氧菌和兼性菌。所述厌氧菌和兼性菌的数量比为1：3。
表1和表2分别为地块1重金属污染土壤修复前后的元素及形态分析。根据gb/t15618-1995《土壤环境质量标准》，该地块土壤ph为7.26，按土壤环境质量标准二级标准计算，土壤中重金属镉元素的含量超出正常值9.7倍，属于重金属镉严重污染土壤。由表1可知，该地块土壤中cd各种形态占总量百分比顺序为：w（碳酸盐结合态）>w（铁锰氧化态）>w（可交换态）>w（残渣态）>w（有机物及硫化物结合态）。cd的可交换态占
表1重金属污染土壤修复前的元素及形态分析
比为27.15%，尽管不是最高，但说明该地块的镉元素比较活泼，容易被植物吸收，而碳酸盐结合态占比也有29.55%，可交换态和碳酸盐结合态占比相加高达56.70%，当土壤进一步酸化，ph降低时，碳酸盐结合态和铁锰氧化态容易转化为可交换态。
通过上述方法的处理，结果见表2，镉的可交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化态三种形态都有不同程度的减小，而有机物及硫化物结合态从4.56%下降到0，特别是残渣态的占比从9.28%提高到41.38%，严重镉污染的土壤得到一定程度修复。
表2重金属污染土壤修复后的元素及形态分析
*处理后土壤ph为7.92。
实施例2
土壤翻耕灌溉步骤：将某地块2修复土壤翻耕整平，采用梅花５点取样后，再将土壤灌溉浸泡2天时间；
引水整地步骤：引水整地并保持水面深度不低于3cm；
缺氧和无氧修复步骤：均匀施加铁盐或亚铁盐0.89公斤/亩、细菌载体红麻粉末8公斤/亩，投加混合菌种溶液30公斤/亩后，保持修复土壤的水量充足，并将遮盖物密封覆盖于水面上方，使得修复土壤一直处于缺氧或无氧状态1.5个月时间，期间补充适当的水，以保持水面深度不低于3cm，从而使土壤中各种重金属的形态发生变化，降低重金属的毒性，得到修复的土壤；所述混合菌种溶液中菌体浓度为0.1×108cells/ml。所述混合菌种溶液包括厌氧菌和兼性菌。所述厌氧菌和兼性菌的数量比为1：3。
表3和表4分别为地块2重金属污染土壤修复前后的元素及形态分析。同样土壤中重金属镉元素的含量也超出正常值7.2倍。由表3可知，该地块土壤中cd各种形态占总量百分比顺序为：w（铁锰氧化态）>w（可交换态）>w（碳酸盐结合态）=w（残渣态）>w（有机物及硫化物结合态）。cd的铁锰氧化态为55.79%，可交换态占比为32.57%，考虑到该地块的土壤ph为6.43，土壤偏酸性，铁锰氧化态容易向可交换态转化，属于镉污染严重土壤。用同样上述方法的处理，但处理时间只有一个半月和菌种投加量相对较少，其
表3重金属污染土壤修复前的元素及形态分析
*该地块处理前土壤ph为6.43。
结果见表4显示，镉的可交换态、碳酸盐结合态都有不同程度的减小，而有机物及硫化物结合态从2.33%提高到4.26%，残渣态的占比从4.65%提高到8.26%，土壤ph从6.43升高到6.95，土壤得到一定程度修复。
表4重金属污染土壤修复后的元素及形态分析
*处理后土壤ph为6.95。
实施例3
土壤翻耕灌溉步骤：将某地块3修复土壤翻耕整平，采用梅花５点取样后，再将土壤灌溉浸泡2天时间；
引水整地步骤：引水整地并保持水面深度不低于3cm；
缺氧和无氧修复步骤：均匀施加铁盐或亚铁盐0.8公斤/亩、细菌载体红麻粉末5公斤/亩，投加混合菌种溶液20公斤/亩后，保持修复土壤水量充足，并将遮盖物覆盖于水面上方，使得修复土壤一直处于缺氧或无氧状态1个月时间，期间补充适当的水，以保持水面深度不低于3cm，从而使土壤中各种重金属元素的形态发生变化，降低了重金属的毒性，得到修复的土壤；所述混合菌种溶液中菌体浓度为0.1×108cells/ml。所述混合菌种溶液包括厌氧菌和兼性菌。所述厌氧菌和兼性菌的数量比为1：3。
表5和表6分别为地块3镉污染土壤修复前后的元素及形态分析。由表5可知，同样地块3土壤中重金属镉元素的含量也超出正常值8倍，由于土壤中cd的可交换态和碳酸盐结合态占比相加只有38.27%，而cd的铁锰氧化态、有机物及硫化物结合态和残渣态之和为61.74%，所以地块3镉污染是相对较轻的。用同样上述方法的处理，但处理时间只有一个月时间和菌种投加量更少，其结果见表6，镉的可交换态从、碳酸盐结合态都有一些程度的减小，而铁锰氧化态、有机物及硫化物结合态和残渣态都有不同提高。
表5重金属污染土壤修复前的镉元素及形态分析
表6重金属污染土壤修复后镉元素及形态分析
从上述三个实例上可以看出，采用本发明的修复工艺，可以改变待修复土壤中的重金属的价态，降低重金属的毒性，净化镉污染土壤。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡是根据本发明内容所做的均等变化与修饰，均涵盖在本发明的专利范围内。